時(shí)間:2011-04-08 11:31來源:網(wǎng)絡(luò) 作者:航空 點(diǎn)擊:次
沖擊波 當(dāng)飛機(jī)飛行在亞音速速度時(shí),飛機(jī)前面的空氣通過聲速傳播的壓力變化而知道后面有飛機(jī)要來。因?yàn)檫@個(gè)預(yù)告,在飛機(jī)到達(dá)前空氣開始朝兩邊移動(dòng),這樣讓飛機(jī)很容易的通過。當(dāng)飛機(jī)速度達(dá)到聲速時(shí),飛機(jī)前面的空氣就不能預(yù)告飛機(jī)的到來了,因?yàn)轱w機(jī)總是以相同的速度跟隨自己的壓力波。更合適的說法是,在飛機(jī)前面的空氣粒子的擠壓導(dǎo)致飛機(jī)前面氣流速度的急劇下降,相應(yīng)的增加了空氣壓力和密度。 當(dāng)飛機(jī)速度增加超過聲音速度是,受壓縮的空氣的壓力和密度繼續(xù)增加,飛機(jī)前面受壓縮的區(qū)域持續(xù)的擴(kuò)大范圍。在氣流中的某一點(diǎn),空氣粒子完全不受擾動(dòng),不能提前預(yù)知飛機(jī)的接近,在緊接著的瞬間,相同的空氣粒子被迫承受溫度,壓力,密度和速度突然劇烈的變化。未受擾動(dòng)的空氣和受壓縮的空氣區(qū)域之間的邊界稱為沖擊或者壓縮波。 無論何時(shí)方向不變的超音速流降低到亞音速流都會(huì)形成相同類型的波,例如當(dāng)氣流在機(jī)翼的拱形部分加速到聲速,然后在通過最大拱形區(qū)域后降低到亞音速。將會(huì)在超音速和亞音速范圍的邊界形成沖擊波。 無論何時(shí),形成和氣流垂直的沖擊波稱為正常沖擊波,緊隨沖擊波之后的氣流是亞音速的。通過正常沖擊波的超音速氣流將發(fā)生這些變化: * 氣流減速到亞音速 * 緊隨沖擊波之后的氣流方向不變 * 波之后氣流的靜壓和密度大大增加 * 氣流的能量(用總壓表示,等于動(dòng)壓加靜壓)大大降低 沖擊波結(jié)構(gòu)導(dǎo)致阻力增加。沖擊波的主要影響之一就是緊隨波之后形成厚的高壓力區(qū)域。高壓區(qū)域的不穩(wěn)定性,和氣流通過沖擊波時(shí)它的速度能量部分的轉(zhuǎn)換成為熱量,這是阻力增加的部分因素,但是氣流分離引起的阻力要大的多。如果沖擊波很強(qiáng)烈邊界層可能沒有足夠的動(dòng)能來阻止氣流分離。在跨音速區(qū)域由于沖擊波結(jié)構(gòu)和氣流分離導(dǎo)致的阻力稱為波阻力。當(dāng)速度超過臨界馬赫數(shù)大約10%的時(shí)候,波阻力急劇增加。這樣就需要增加相當(dāng)大的推力以增加飛行速度來跨越這個(gè)點(diǎn)進(jìn)入超音速區(qū)域,這個(gè)區(qū)域依賴于翼形和迎角,邊界層可能再次附著在機(jī)翼上。 正常沖擊波首先在機(jī)翼的上表面形成。然而,隨著馬赫數(shù)的進(jìn)一步增加,上表面的超音速區(qū)域會(huì)擴(kuò)大,在下表面形成另外一個(gè)超音速流區(qū)域和一個(gè)正常沖擊波。當(dāng)飛行速度接近聲速時(shí),超音速流的區(qū)域繼續(xù)擴(kuò)大,沖擊波向后移動(dòng)靠近機(jī)翼后緣。如圖3-43。 伴隨阻力增加出現(xiàn)的是抖振(稱為馬赫抖振),配平和穩(wěn)定性,以及控制力有效性的降低。氣流分離導(dǎo)致下洗流的損失和機(jī)翼上壓力中心的位置變化,進(jìn)而使升力損失。氣流分離在機(jī)翼后面產(chǎn)生的湍流尾流使得飛機(jī)尾部控制面振動(dòng)。水平尾翼提供的機(jī)頭上仰和下俯配平控制和機(jī)翼后面的下洗流有關(guān)。這樣,減弱的下洗流降低了水平尾翼的配平控制有效性。機(jī)翼壓力中心的運(yùn)動(dòng)影響機(jī)翼的配平力矩。如果壓力中心向后移動(dòng),就會(huì)產(chǎn)生稱為馬赫俯沖(Mach tuck)或者突然下俯(tuck under)運(yùn)動(dòng),如果中心向前移動(dòng),就會(huì)產(chǎn)生機(jī)頭上仰運(yùn)動(dòng)。這是很多渦輪機(jī)動(dòng)力飛機(jī)發(fā)展T形尾翼結(jié)構(gòu)的主要原因,它把水平尾翼面安裝的盡可能遠(yuǎn)離機(jī)翼產(chǎn)生的湍流。 在直線機(jī)翼的飛機(jī)上,氣流呈90度角沖擊機(jī)翼的前緣,它的全部沖擊產(chǎn)生壓力和升力。同樣的氣流沖擊后掠角形機(jī)翼時(shí)的角度小于90度。后掠翼上的氣流會(huì)讓機(jī)翼”認(rèn)為”自己飛行的比真實(shí)速度慢,因此沖擊波的形成就被延遲了。機(jī)翼后掠角的優(yōu)勢(shì)包含增加了臨界馬赫數(shù),力發(fā)散馬赫數(shù),阻力最高點(diǎn)的馬赫數(shù)。換句話說,后掠角推遲了壓縮性影響的發(fā)生。 |